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预应力混凝土V型墩刚构桥V形区应力分析

发表时间：2019-10-16T14:21:06.443Z来源：《建筑学研究前沿》2019年14期作者：陈焰焰
[导读]因此V型墩下部结构基础受力分析仍需进一步探究及验证。（5）建议在部分应力集中区域增加钢筋，做好防裂及混凝土局部破坏的
防止措施。
中铁四院集团西南勘察设计有限公司昆明650000
摘要：结合主跨60m某预应力混凝土V型墩刚构桥设计，对V形区进行局部建模，分析其应力分布趋势，对类似工程设计具有指导意
义。
关键词：V型墩刚构桥；V形区；应力分布

0.前言
V型墩连续刚构桥具有造型活泼、美观、富有动感的特点，桥梁景观效果较好，已成为国内外目前比较流行的一种桥型。同类桥型比较
典型的有：勒阿弗尔运河桥、长沙湘江南大桥、广西桂林雉山漓江大桥等。
1.V型墩受力特点
V型墩连续刚构桥之所以发展成为一种单独的桥梁结构体系，在于它区别于其他类型桥梁所独有的结构外形、受力形式、预应力钢筋布
设方法和墩柱材料的选择、施工方法等方面的特点，在桥梁建设中得到广泛应用。与其他形式的桥梁相比，具有以下优点：由于采用V型
墩，与同跨径竖直墩的连续梁桥或刚构桥相比，主梁的计算跨径减少，降低主梁弯矩，提升跨越能力；因减少了主梁的建筑高度，降低工
程造价；可采用多种施工方法，有悬臂法、劲性骨架、平衡架和满堂支架法等。但V型墩会存在大偏心受力，结构超静定次数比较多，受力
复杂，历来是学术届和工程届关注的重点。为了分析掌握V形区的力学结构行为，可以采用数值模拟手段对这一问题进行研究。
2.工程背景
研究对象主桥上部结构采用(40+60+40)m三跨预应力混凝土变截面V型墩刚构桥，单幅桥宽13.99m，箱梁采用C50混凝土，截面形式
为单箱双室直腹板截面，两侧翼缘板悬臂宽3.0m。箱梁根部梁高H=2.8m，中跨跨中及边跨端部梁高H=1.8m，箱梁底板、梁高采用圆曲线
变化，半径为253.63m，顶板设置单向2%横坡，底板水平，腹板铅直，主墩斜腿部分采用混凝土强度等级为C50的矩形截面，截面尺寸为
1.3m×8m，与主墩竖直中心线分别成40°倾斜，形成V型构造。跨中箱截面图及V墩一般构造图如图1及图2所示。主桥箱梁纵向预应力及主
墩斜腿预应力钢绞线采用15-?s15.2、12-?s15.2及9-?s15.2规格的钢铰线束及OVM锚固体系，钢绞线抗拉强度标准值1860MPa。钢束张拉
锚下控制应力采用1339.2MPa。预应力管道采用配套金属波纹管，真空压浆。
考虑施工方便，V型墩采用工字钢外包混凝土的钢骨混凝土结构，均采用Q235B钢材，通过20a和14号工字钢焊接成型。V撑截面上、
下边缘各布置一排20a工字钢，每排共计8根，每隔150cm通过14号工字钢相连接，工字钢之间采用角焊缝。如图3所示。

图1跨中箱梁截面图（单位：cm）

3.V墩节段的局部应力分析
在解决力学问题时，常常将要分析的物体从相关体系中隔离出来，作为研究对象，只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力，
不考虑研究对象对其他物体的作用力，即隔离法。在局部应力分析中，一般采用隔离法并结合圣维南原理对研究对象进行局部分析。
3.1V墩局部建模原则
做局部分析前，采用MidasCivil建立全桥模型，为节省篇幅，本文不重点介绍全桥分析过程。为了得到更加精确的V型墩应力结果，根
据全桥施工过程分析所得的内力数据，提取隔离体内力，用Ansys进行局部应力分析，。建模思路为：
（1）提取Midas模型的43截面I端，64截面J端，85截面J端的所有轴力，剪力，弯矩与扭矩；（2）桥面，斜腿与墩部分用solid185单
元建立，并划分网格；（3）隔离体内部预应力钢筋用link8单元建立，隔离体外部以及穿过隔离体的预应力钢筋以荷载形式作用在隔离体截
面上；（4）V墩区域的劲性骨架采用beam4单元建立；（5）边界条件为约束墩底四个角点的X，Y，Z三个方向的位移。
通过对上述建模思路分析，可以发现隔离体处于自平衡状态。局部模型一共包括167725个节点和148408个单元，如图4。
3.2计算工况
本次Ansys建模共涉及6种组合，分别为：
（1）频遇组合3：1.0×恒载+0.7×汽车荷载+0.4×人群荷载+1.0×钢束一次+1.0×钢束二次+1.0×支座沉降；（2）频遇组合4：1.0×恒载
+0.7×汽车荷载+0.4×人群荷载+1.0×整体升温+0.8×温度梯度升温+1.0×钢束一次+1.0×钢束二次+1.0×支座沉降；（3）频遇组合5：1.0×恒
载+0.7×汽车荷载+0.4×人群荷载+1.0×整体降温+0.8×温度梯度降温+1.0×钢束一次+1.0×钢束二次+1.0×支座沉降；（4）频遇组合6：1.0×
恒载+0.7×汽车荷载+0.4×